Train à sustentation magnétique

JR-Maglev

Un train à sustentation magnétique est un monorail qui utilise les forces magnétiques pour se déplacer. Il utilise le phénomène de sustentation électromagnétique et n'est donc pas en contact avec des rails, contrairement aux trains classiques. Ce procédé permet de minimiser les frottements et d'atteindre des vitesses plus élevées : le record est de 581 km/h (obtenu en 2003), soit 6,2 km/h de plus que le record d'un train classique (574,8 km/h par une version modifiée du TGV en 2007).

Principes et technologies

Il existe deux principaux types de trains à sustentation magnétique :

1. Le type à sustentation électrodynamique (ou EPS), utilisant des aimants supraconducteurs. Des bobines supraconductrices sont placées dans le train et des électroaimants sont placés le long de la voie. Lorsque le train se déplace, un courant est induit dans la voie. La force de Laplace résultante fait léviter le train. Le déplacement du train engendre une traînée électromagnétique très importante, d'où une consommation énergétique élevée. Le projet le plus abouti est le Maglev japonais.
2. Le type à sustentation électromagnétique (ou EMS), utilisant des électroaimants classiques. La traînée électromagnétique est ici très faible, voire nulle. Le Transrapid allemand en est le principal exemple. Le rail « porteur » contient des aimants ou des électroaimants. L'interaction entre les aimants à bord du train et des aimants disposés le long de la voie crée une force magnétique induite qui compense la gravité et permet la lévitation. Ces aimants repoussent le train vers le haut et assurent l'existence d'une garde suffisante entre le "rail" et le train ce qui affranchit le véhicule de toute perte due à la friction. Il apparaît cependant une traînée magnétique. Par ailleurs, aux vitesses élevées, c'est la résistance aérodynamique qui représente de loin la principale résistance à l'avancement.

La propulsion est assurée par un moteur linéaire synchrone.

Les lignes en fonctionnement

Après près de trente années de recherche et d'essais, seules trois lignes fonctionnent à ce jour, en 2014 :

• Liaison centre ville-aéroport en Chine à Shanghaï de 30 km inaugurée en janvier 2004 ; elle y est appelée Maglev : avec une vitesse maximale de 431 km/h, le trajet est effectué en 7 min 20 s, soit à une vitesse moyenne de 251 km/h, c'est le premier train à sustentation magnétique à grande vitesse.
• Linimo, ligne de 8,9 km à Aichi au Japon, elle a été mise en service en 2005 : avec une vitesse maximale de 100 km/h, le trajet est assuré en 17 minutes, soit à une vitesse moyenne de 31 km/h.
• Une ligne longue de 1 km au parc des expositions de Daejeon, en Corée du Sud, mise en service en avril 2008.

• 
  Le Transrapid de Shanghaï.
• 
  Linimo.
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  UTM - 02 à Daejeon.

Les lignes abandonnées après avoir fonctionné

• En 1979, le transrapid 05 fut mondialement le premier train à sustentation magnétique à transporter des passagers à l'occasion de l'exposition à Hambourg en Allemagne.
• De 1984 à 1995, une liaison de 600 mètres a fonctionné entre l'aérogare principale de l'aéroport international de Birmingham jusqu'à la gare ferroviaire de Birmingham en Angleterre à une vitesse de 15 km/h. Elle a été remplacée par un transport hectométrique.
• De 1989 à 1991, une liaison de 1,6 km, le M-Bahn a fonctionné à Berlin en Allemagne, avant la réunification allemande.

Grands projets

Projets en cours

Au Japon

Le Maglev (de l'anglais : Magnetic Levitation) est un projet japonais. Une ligne expérimentale a été construite sur laquelle la vitesse record de 581 km/h a été atteinte le 2 décembre 2003. L'objectif est de construire une ligne assurant la liaison Tokyo-Ōsaka (environ 400 km) en une heure (travaux en cours dès octobre 2014 ; 2027 : tronçon Tokyo-Nagoya et tronçon Nagoya-Osaka : 2045).

Début 2010 la compagnie JR Central a annoncé vouloir développer le MAGLEV à l'étranger, avec deux compagnies américaines. La compagnie estimait en 2010 que 150 sites dans le monde sont des marchés potentiels pour le Shinkansen ou le Super Conducting MAGLEV (SCMAGLEV), dont entre Tampa, Orlando et Miami, entre Las Vegas et Los Angeles, au Texas et dans le Middle-West, ou entre Baltimore et Washington, D.C., entre Chattanooga et Atlanta, ou encore en Pennsylvanie, éventuellement en bénéficiant d'une partie des 8 milliards de dollars promis le 28 janvier 2010 par le Président Barack Obama pour des projets innovants et économes en énergie de lignes à grande vitesse.

En Corée du sud

Pour l'Aéroport international d'Incheon à 52 km à l'ouest de Séoul, une ligne de 6,1 km est en cours de construction pour une mise en service en 2015.

Projets abandonnés

Transrapid

Le Transrapid était un projet allemand réalisé par plusieurs sociétés dont Siemens et MBB qui avait réalisé le premier prototype dans les années 1970.

• Le projet de liaison de la gare centrale de Munich avec l'aéroport Franz-Josef-Strauss a été abandonné en 2008.
• Un projet de ligne Berlin-Hambourg avait été approuvé en 1994 mais a aussi été abandonné par la suite, faute de soutien financier de l'État.

• En Chine, en mars 2006, le lancement d'une nouvelle ligne de 175 kilomètres est annoncé : elle doit prolonger la ligne existante jusqu'à la ville touristique de Hangzhou. Cependant, une ligne nouvelle ferroviaire a été construite entretemps sur le même itinéraire.

Projets en suspens

Swissmetro

Le projet futuriste Swissmetro fait appel aux mêmes procédés mais les double par l'utilisation de tunnels sous vide partiel d'air. Ceci a l'avantage de réduire la friction de l'air qui devient très importante au-delà de 150 km/h.

Avantages

Par rapport aux chemins de fer traditionnels, les trains à sustentation magnétique sont réputés présenter des avantages :

• Vitesses de pointe et de croisière plus élevées.
• Meilleures accélérations et relances.
• « à vérifier » : Capacité de franchissement de pentes plus fortes, limitant le nombre de tranchées à creuser et d'ouvrages d'art à construire et diminuant donc le coût total de l'infrastructure.
• Risque presque nul de déraillement dans des constructions telles que le Transrapid (du moins tant que la voie est dépourvue d'appareils ou autres zones à risques, ce qui est par ailleurs un lourd handicap du point de vue de l'exploitation). L'accident du Transrapid le 22 septembre 2006 qui causa la mort 25 personnes marqua un coup d'arrêt à ce projet.

Il fut inventé dans l'espoir d'obtenir un meilleur rendement énergétique sur longues distances, en dépit d'un coût prohibitif sur courte distance. Ceci est cependant loin d'être avéré, en particulier si l'on rapporte la consommation totale d'énergie au nombre de passagers transportés.

Inconvénients

Électro-aimants supraconducteurs d'un bogie du maglev MLX01

• Dans le cas du système à sustentation électrodynamique, le prix de construction des voies est très important. En effet, le Maglev lévite grâce à des aimants fixés aux véhicules et à des bobines supraconductrices installées dans les rails. Ces aimants sont constitués de niobium et de titane. Les bobines sont refroidies à environ 4 K (~-269ºC) par de l'hélium liquide pour pouvoir conserver leur supraconductivité .

Cependant, les lignes de train traditionnel à grande vitesse (LGV) ont des coûts d'entretien des voies non négligeables.

• Incompatibilité avec les réseaux traditionnels : un train à sustentation magnétique nécessite un réseau de voies particulier et ne peut emprunter des tronçons conventionnels déjà existants.
• Système peu adapté au fret lourd. ^{[réf. nécessaire]}
• Système sensible au vent, nécessitant des pentes peu marquées et des rayons de courbe très larges.
• Impact du magnétisme sur les riverains de la ligne ;

En l'absence de système important en exploitation, on manque cependant de recul pour apprécier les avantages et inconvénients réels par rapport au chemin de fer classique, notamment sur le plan économique.

Chronologie des divers développements

Le prédécesseur du Transrapid à Hambourg en 1979

Les débuts des recherches sur les trains à sustentation magnétique commencèrent en 1922 avec les travaux de l'Allemand Hermann Kemper. Celui-ci déposa un brevet le 14 août 1934. Ses travaux furent cependant interrompus à cause de la Seconde Guerre mondiale.

• 1962 : Le Japon se lance dans des recherches sur le Maglev qui bat régulièrement de nouveaux records de vitesse ;
• 1973 : L'Allemagne reprend les recherches à la Technische Universität de Braunschweig ;
• 1979 : Le Transrapid 05 fut mondialement le premier train à sustentation magnétique à transporter des passagers à l'occasion de l'exposition internationale des moyens de transport (IVA) à Hambourg (photo) ;
• 1983 : Une ligne de 1,6 km fut construite à Berlin destinée à un service commercial de type métro (Kabinentaxi). Ouverte en 1989, elle fut fermée en 1991 ;
• De 1984 à 1995, une liaison de 600 mètres exista entre l'aérogare principale de l'aéroport international de Birmingham jusqu'à la station de chemin de fer à une vitesse de 15 km/h. L'une des raisons de son échec est le poids trop important de la voiture à cause d'une coque trop épaisse.
• 1984 : Mise en service de la ligne d'essai pour le Transrapid dans la région appelée Emsland (Pays de l'Ems), (Basse-Saxe, Allemagne);
• 2004 : Mise en service commercial du Transrapid de Shanghai.
• 22 septembre 2006 : Accident sur la ligne d'essai de Lathen (Emsland) en Allemagne. Le train percute à près de 200 km/h un véhicule d'entretien stationné sur la voie. La collision a été fatale à 23 personnes sur les 31 passagers qui étaient pour l'essentiel des employés de la société d'exploitation. La technologie semble hors de cause (problème de manque de communication entre les services). Le train n'a cependant pas déraillé.
• 27 mars 2008 : Au terme d'une réunion de crise à Berlin, le dernier projet de Transrapid en Allemagne, portant sur la construction d'une ligne entre la gare principale et l'aéroport de Munich, a été enterré d'un commun accord par le gouvernement fédéral allemand et les autorités de Bavière. Par suite, ThyssenKrupp et Siemens ont décidé la dissolution de la société de commercialisation Transrapid International, entreprise commune des deux groupes. Une nouvelle tentative de projet de Transrapid en Allemagne n'est pas attendue.
• Fin 2011, la licence d'exploitation du Transrapid en Allemagne a expiré.
• Début 2012, la ligne d'essai a fermé, et la destruction/reconversion de l'ensemble du site d'Emsland a été approuvée.
• En 2014, selon le D^r Deng Zigang, un projet de Super Maglev permettrait d'atteinte la vitesse de 2 900 km/h grâce aux forces magnétiques. Il s'agit d'une vitesse actuellement théorique, du fait que le prototype actuel est trop petit.

Voir aussi

Articles connexes

• Transrapid de Shanghai : premier service de train à sustentation magnétique commercial au monde.
• JR-Maglev
• Aérotrain français circulant sur un rail de béton sur coussin d'air.
• Liste des monorails dans le monde
• déplacement à grande vitesse
• Dépendance au sentier

Liens externes

• (en) IMB International Maglev Board